Cantidad de sustancia Juegos y trabajos prácticos con materiales comunes Isaura L Carrera García, Paola Gómez Tagle, Humberto Topete Barrera & Luis Miguel Trejo Curso de 4 horas, abril de 2004.

IV. Relación entre la Química macroscópica y microscópica. Cantidad de sustancia El presente curso taller forma parte del curso de formación de profesores de la escuela secundaria y es el primero del módulo:  IV. Relación entre la Química macroscópica y microscópica.

Objetivos Presentar una secuencia didáctica de enseñanza del concepto “cantidad de sustancia” y su unidad el “mol” Reflexionar sobre las dificultades de enseñar este concepto en la educación media.

Evaluación diagnóstica sobre cantidad de sustancia y mol Actividad 1 Evaluación diagnóstica sobre cantidad de sustancia y mol ¿Enseña este concepto? ¿Para qué le sirve a sus alumnos? ¿Cómo define mol? ¿Qué dificultades tienen los alumnos para calcular el número de moles?

Comentarios Actividad 1 Ideas previas de cantidad de sustancia y mol La frase “cantidad de sustancia” normalmente no se utiliza. Cuando se emplea se hace de manera indistinta e incorrecta con “cantidad de materia”. Mol se utiliza como un número (la docena del químico, número de Avogadro), i.e . mol de canicas, mol de besos, mol de estrellas. Mol se identifica como una masa o un peso, i. e. el peso normal o molecular de una sustancia expresada en gramos . Mol se confunde con molécula.

Introducción (1). Una instrucción confusa e insuficiente; Recientemente se han publicado estudios que indican la dificultad de enseñar y aprender el concepto de cantidad de sustancia y su unidad el mol. Estos se deben a múltiples causas, por ejemplo: Una instrucción confusa e insuficiente; Estrategias de enseñanza inadecuadas; Libros de texto incorrectos. Estos factores generan incomprensiones y errores conceptuales en el aprendizaje.

Introducción (2). En este curso se pretende desarrollar una serie de actividades, juegos y trabajos prácticos con materiales comunes, que permitan: i) Analizar qué conceptos previos son necesarios para introducir el concepto de mol; ii) Introducir la magnitud “cantidad de sustancia” y su unidad el “mol”, y iii) Aplicar el concepto. Además, deseamos iniciar la reflexión en torno a la pertinencia de incluir este concepto en los contenidos de química de la educación media.

Introducción (3). i) Evitar la introducción arbitraria. CONSIDERACIONES QUE DEBEN TOMARSE EN CUENTA PARA INTRODUCIR LOS CONOCIMIENTOS CIENTÍFICOS. i) Evitar la introducción arbitraria. ii) Elaborar aproximaciones cualitativas de los conceptos, en base a ideas antes de llegar a las definiciones operativas. iii) Diferenciación progresiva de otros conceptos. iv) Aplicarlos a situaciones diversas para hacer ver su utilidad.

Mapa conceptual sobre cantidad de sustancia. Actividad 2 Mapa conceptual sobre cantidad de sustancia. Para analizar qué conceptos previos son necesarios para introducir el concepto de mol. SUSTANCIA, ELEMENTOS, COMPUESTO, ESTADOS DE AGREGACIÓN, CAMBIOS DE FASE, MEZCLAS, DISOLUCIONES, REACCIÓN QUÍMICA, CANTIDAD DE SUSTANCIA, ENLACE QUÍMICO, TEORÍA CORPUSCULAR DE LA MATERIA, ÁTOMOS, MOLÉCULAS, IONES, FUERZAS ENTRE MOLÉCULAS Y ÁTOMOS, ETC.

¿A DÓNDE SE VA TANTA AGUA? Actividad 3 ¿A DÓNDE SE VA TANTA AGUA? Estrategia tipo POE. Para fomentar las habilidades de predicción, de observación y explicativas Para intentar relacionar la evidencia macroscópica de los cambios en la materia con los modelos microscópicos que se tienen.

Magnitud, Medir, Unidades, Sistema Internacional Actividad 4 Actividad 4. CANTIDAD DE SUSTANCIA COMO UNA UNIDAD FUNDAMENTAL DEL SISTEMA INTERNACIONAL Exposición. Para introducir la magnitud “cantidad de sustancia” y su unidad el “mol”. Magnitud, Medir, Unidades, Sistema Internacional Cantidad de sustancia, mol, Relación entre n con m, V y N, Historia del mol & La constante de Avogadro.

Magnitud y medir Magnitud son las propiedades físicas que se pueden medir Medir es comparar una magnitud con otra, tomada de manera arbitraria como referencia (patrón) y expresar cuántas veces la contiene. Al resultado de medir lo llamamos Medida. Las medidas que se hacen a las magnitudes macroscópicas o a las magnitudes microscópicas requieren técnicas totalmente diferentes.

Unidades Al patrón de medir le llamamos también Unidad de medida. Debe cumplir estas condiciones : 1º .- Ser inalterable, esto es, no ha de cambiar con el tiempo ni en función de quién realice la medida. 2º .- Ser universal, es decir utilizada por todos los países. 3º .- Ha de ser fácilmente reproducible. Reuniendo las unidades patrón, que los científicos han estimado más convenientes, se han creado los denominados Sistemas de Unidades

Sistema Internacional Este nombre se adoptó en el año 1960 en la XI Conferencia General de Pesos y Medidas, celebrada en París buscando en él un sistema universal, unificado y coherente que toma como Magnitudes fundamentales: Longitud Masa Tiempo Intensidad de corriente eléctrica Temperatura termodinámica Cantidad de sustancia Intensidad luminosa

Sistema Internacional Magnitud Nombre de la unidad Símbolo de la unidad Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Intensidad de corriente amperio A Temperatura Kelvin K Cantidad de sustancia mol Intensidad luminosa candela cd

Cantidad de sustancia y mol Cantidad de sustancia es una magnitud fundamental química, es macroscópica y extensiva. Surge de la necesidad de contar partículas o entidades elementales microscópicas indirectamente a partir de medidas macroscópicas (como masa o volumen). Su símbolo es n. Se utiliza para contar partículas. El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0.012 Kg de carbono 12 (12C). Cuando se usa el mol, las entidades elementales deben ser especificadas, pudiendo ser: átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos específicos de tales partículas.

Historia del mol La palabra Mol (una gran masa en latín y opuesta a molécula, una masa pequeña) la definió originalmente Otswald en el párrafo: “el peso normal o molecular de una sustancia expresada en gramos se debe llamar a partir de ahora mol” . Aparece gracias a la consolidación de la teoría atómica aplicada a reacciones químicas para centrar más la atención en la relación entre las cantidades de partículas que intervienen en las mismas que en sus pesos de combinación. Esta magnitud se adopta al SI formalmente apenas desde 1971 como una entidad diferente de la masa por acuerdo de la IUPAP y la IUPAC, dos grupos integrados por especialistas en física y química, respectivamente .

Relación de n con m,V y N

Ejemplo de relación de n con m,V y N Una cantidad dada de una sustancia puede expresarse de diferentes maneras: “masa (agua)” m (H2O) = 1 Kg “volumen (agua)” V (H2O) = 1 dm3 = 1 L “cantidad de sustancia (agua)“ n (H2O) = 55.6 mol “número de partículas (agua)” N (H2O) = 33.5 x 1024 moléculas

La constante de Avogadro La constante de Avogadro corresponde al número de entidades elementales que existen en un mol de sustancia. Las primeras estimaciones de la constante de Avogadro fueron hechas durante la segunda mitad del siglo XIX. Loschmidt sugiere un primer método para obtenerla y encuentra NA= 4.091022) partículas/mol. Perrin (1909) encontró NA= 621022 partículas/mol. Una vez determinada con precisión la masa del electrón (1913) o aplicando técnicas de difracción de rayos X sobre cristales (1912), el resultado aceptado internacionalmente es NA=6.022141991023 entidades elementales/mol.

Actividad 5 Actividad 5. ¿MEDIR ES MEJOR QUE CONTAR? Estrategias de discusión y reflexión. Para elaborar una aproximación cualitativa del concepto Cantidad de sustancia y mol en base a ideas sencillas. 5.1 Fábrica de juguetes 5.2 Ensalada de frutas 5.3 Dulces (o semillas), masa relativa, mol y NA

Características de objetos que es mejor medir que contar 1. Muchos, 2. Pequeños & 3. Homogeneos Objetos Medir Contar Una manada de elefantes    Una alberca llena de canicas La matrícula de alumnos en su escuela El arroz necesario para preparar una paella

Dulces (o semillas), masa relativa, mol y NA

Masa relativa Los pesos atómicos son masas relativas Un perro pesa 5 veces lo que 1 pollo

12 perros pesan 5 veces lo que 12 pollos Masa relativa Al comparar el MISMO NUMERO de animales, su peso sigue siendo diferente en proporción 5 a 1 12 perros pesan 5 veces lo que 12 pollos

1 perro pesa lo mismo que 5 pollo Masa relativa Al comparar el MISMO PESO de grupos de animales, sus números son diferentes. 1 perro pesa lo mismo que 5 pollo

Masa relativa Al comparar el MISMO PESO de los animales, sus números son diferentes. Habrá 5 pollos por cada perro

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